Название: Свойства элементов и их соединений (В.Т.Письменко, Л.В.Петрова, Е.С.Гиматова, ДН.Калюкова)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 824


Лабораторная работа № 4 хром, его свойства и соединения

Рисб.

Физические параметры хрома и его аналогов

 

 

 

 

 

Сг

Mo

W

Порядковый номер

24

42

74

Относительная атомная масса

54,996

95,94

183,85

Атомный радиус, нм

0,130

0,139 4d55s1

0,141

Валентные электроны

3d54s'

5<fW

Валентность

n,m,vi

VI

VI

Устойчивые степени окисления

+3,+6

+6

+6

Поте^иал_ ионизации,

 

 

 

кДж/моль, Me ->• Ме++ е"

649,57

680.08

764.94

Стандартный электродный

 

 

 

потенциал (<р° Mt^/Mt )JB

-0,74

-0,2

0,11

Стандартные окислительно-

 

„0  3+ 2+_ ф Сг  /Сг -

-0.41 ф°с^/сг3+=1.33

восстановительные потенциалы (р°сг /Сг~ -0.84

Хром и его аналоги (молибден и вольфрам) относятся к элементам VI группы Периодической системы.Металлы подгруппы хрома отличаются тугоплавкостью, прочностью (Рис.6.) и широко применяются, в основном в виде сплавов, в промышленности.В обычных условиях металлический хром устойчив на воздухе, в воде и по отношению ко многим химическим реагентам. Пассивность хрома объясняется образованием тонкой сплошной защитной пленки оксида на поверхности металла.Химическая активность хрома иллюстрируется следующей схемой   { Рис7 ).

Рис.7.

Комнатная

 

- Разбавленные кислоты: H2S04 НГ(ГМ\% С1, Вт, Г)

(без доступа воздуха) -> CrS04, СгГ2

температура

—        разбавленные НГ, H2S04 (на воздухе)    СгГ3, Cr2(S04)3

 

02илпН20->Сг203

Сг

-           F2    CrF4, CrF5

Cl2, Br2, S    CrCl3, CrBr3, Cr2S3

■          l2 -+ Crl3, Crl2

—        НГ СгГ2 -H2S->CrS

Нагревание

■          N2, P, В, C, Si    CrN, СгзР, CrB, Cr^Q, СгтС3, Cr3Si

-           H2S04KOHH.^Cr2(S04)3+S02 KCK>3(KN03) + КОН К2СЮ4

Экспериментальная часть

 

Цель работы: Изучить химические свойства хрома и его соединений. Установить зависимость кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений хрома от степени окисления. Задание 1. Качественные оеакиии на обнаружение ионов хрома (III). Взаимодействие солей хрома (III) со щелочами. При осторожном действии щелочей на растворы солей хро-ма(Ш) выпадает серо-зеленый осадок состоящий из смеси гидроксида хрома(Ш) и основных солей.

<У++ 30fT=Cr(OH)3i Гидроксид хрома проявляет амфотерные свойства и растворяется в избытке кислоты и щелочи

Сг(ОН)$+ЗН +=Сг*+ЗН2О Сг(ОН)3 +ЗОН = [Сг(ОН)<^

Опыт 1. Внесите в пробирку 3-4 капли раствора соли хрома (III) и прибавьте по каплям раствор гидроксида натрия до образования осадка. Образовавшийся осадок разделите на две пробирки и испытайте отношение его к кислоте и щелочи.

Взаимодействие солей хрома (III) с гидроксидом аммония.

При действии на соли хрома (III) раствора аммиака выпадает аморфный осадок серо-зеленого цвета, растворимый в избытке раствора аммиака в присутствии хлорида аммония.

Cr3*+3NH3+3Hi0= Cr(OH)3U3NH4+ Cr(OH)s+3NHjCl +ЗШ3=[Сг(МЩ61С1з+ЗН20 Раствор окрашивается в фиолетовый цвет.

Опыт 2. В пробирку налейте 2-3 капли раствора соли хрома (III) и добавьте по каплям раствор аммиака до выделения осадка. К образовавшемуся осадку добавьте 2-3 капли насыщенного раствора хлорида аммония и избыток раствора аммиака.

Окисление соединений хрома (III) в хромат- или дихромат-ионы и их последующее обнаружение.

Опыт 3. а) Окисление в щелочной среде. К 2-3 каплям зеленого или фиолетового раствора соли хрома (III) прибавьте 3-4 капли раствора щелочи и 4-5 капель раствора иероксида водорода. Раствор нагрейте до кипения. Раствор становится желтым. Вместо пероксида водорода можно взять 3-4 капли бромной воды.

б)         Окисление в кислой среде. Ионы хрома (III) окисляются в

кислой среде сильными окислителями(КаВЮ3, (МН^ЗгОь КМп04 и

т.д.)        2Cr3++3NaBi03+4H+ ^aQ»>3Bi*f+3Na++2HjO

в)         Обнаружения хромат- и дихромат-ионов .Используются ре-

акции образования желтых осадков ВаСгС>4, РЬСгС>4, красно-бурого

AgzCr04 и темно-красного А&СггО^ см.зад.4).

 

Задание Z Получение и свойства соединений хрома. Опыт 1* Взаимодействие хрома с кислотами.

В две пробирки налейте 4-6 капель концентрированных кислот: в одну - соляной, в другую - азотной и опустите по кусочку металлического хрома или феррохрома. В первой пробирке появится синяя окраска раствора, характерная для ионов Сг?и выделяется газ. Какой? Идет ли реакция во второй пробирке? Слейте азотную кислоту, промойте металл дистиллированной водой и добавьте концентрированной соляной кислоты. Протекает ли реакция в этом случае?

Опыт 2. Получение и свойства гидроксида хрома (III).

К 3-4 каплям раствора соли хрома (III) осторожно прибавьте 1-2 капли раствора щелочи. Осадок разделите на 2 пробирки. К одной прилейте несколько капель раствора кислоты, к другой - щелочи, до растворения осадка. О каких свойствах гидроксида хрома (III) говорят эти реакции?

 

Задание 3. Гидролиз солей хрома.

Опыт 1. а) В пробирку налейте 1-2 мл воды и 3-5 капель раствора лакмуса, затем в пробирку внесите несколько кристалликов сульфата хрома (III) или хлорида хрома (III). Нагрейте раствор. Как изменяется окраска раствора? Почему?

б) К 3-4 каплям раствора сульфата хрома (III) прилейте такой же объем раствора сульфида аммония (или карбоната натрия). Каков состав выпавшего осадка?

 

Задание^ Свойства хромитов и дихроматов. Опыт 1. Получение малорастворимых хроматов и дихроматов.

В 3 пробирки внесите по 2-3 капли раствора хромата калия и прибавьте по 2-3 капли растворов; в первую-хлорида бария, во вторую -нитрата свинца, а в третью - нитрата серебра. Отметьте цвета осадков. Аналогично проведите реакции с дихроматом калия.

Опыт 2. Взаимный переход хроматов и дихроматов.

Хромат-ионы устойчивы в нейтральной и щелочной средах. В кислой среде происходит их превращение в дихромат — ионы.

2СЮ4 2'       <^> Сг207 2- +Н20

А при действии щелочи дихромат - ионы превращаются в хро-

мат - ионы:     Сг207 2' +20Н" <z> CrOf +Н20

К 3-4 каплям раствора хромата калия прибавьте по каплям раствор серной кислоты. Отметьте окраску исходного и полученного раствора. Какими ионами эта окраска обуславливается?

К 3-4 каплям раствора дихромата калия прибавьте по каплям раствор щелочи до изменения окраски. Почему изменяется окраска? Укажите направление смещения равновесия

2Сг042~+2Н+<*   ► Сг 2072" +Н20 при добавлении;а) кислоты,

б) щелочи.

Опыт 3. Окислительные свойства дихроматов. а) Окисление иодида калия.

Налейте в пробирку 2-3 капли раствора дихромата калия и столько же капель раствора серной кислоты, а затем прилейте 3-4 капли раствора иодида калия. Отметьте изменение окраски раствора.

б)         Окисление сульфита натрия,

К 2-3 каплям раствора К2Сг207 прибавьте столько же капель раствора серной кислоты и прибавьте но каплям раствор сульфита натрия до появления устойчивой окраски. О присутствии каких ионов в растворе говорит эта окраска?

в)         Окисление сульфата железаЩ).

К 2-3 каплям раствра дихромата калия прибавьте столько же капель раствора серной кислоты и прибавьте несколько кристалликов сульфата   железа (II). Почему изменился цвет раствора?

г)         Окисление спиртов.

Налейте в пробирку 5-6 капель раствора дихромата калия и добавьте 2-3 капли концентрированной серной кислоты, а затем 5-6 капель этилового спирта С2Н5ОН. Отметьте изменение цвета раствора и появления специфического яблочного запаха, присущего уксусному альдегиду СНзСНО.

 

Контрольные вопросы и задачи

 

1. Напишите электронные формулы атомов хрома, молибдена и вольфрама. Объясните, почему в основном состоянии хром и молибден имеют по 1 электрону на внешнем слое, а вольфрам- 2?

Объясните близость атомных радиусов молибдена и вольфрама и некоторое отличие их от атомного радиуса хрома.

Определите степени окисления хрома, молибдена и вольфрама в следующих соединениях:

a)         Сг2Оз, ВаСЮ4, РЬМоО* СаСг^О? ?

б) Cr2(S04)5, FeCCrOib Na2W04, M0S2 ,

b)WS2, Cr(HS04b К3СЮ3, Na2W04 , г)МоОэ, G2S3, [Cr(OH)2l2S04, WOCI4

Назовите эти соединения.

Напишите уравнения реакций, которые характеризуют свойства оксидов: М0О3, Сг2Оз> WO3 .

Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду:

а)         СЮ- Сг2Оз-СгОз ,

б)         0<OHfe - Сг(ОН)з - Н2Сг04

Какие продукты получаются при гидролизе сульфата и сульфида хрома (III)?

Почему при взаимодействии растворов сульфата хрома (III) и сульфида аммония в осадок выпадает гидроксид хрома (III)?

Осуществите следующие превращения и назовите соединения хрома:

а)         Cr -+ Сг2Оз    KCr02    CrCl3 — Na3|Cr(OH)«] ;

б)         Сг(ОН)з — NaCrOj — Cr2(S04)3 — K2Cr207 — К2Сг04 ,

в)         Сг2СЪ -> К2СЮ4 ~> K^Cr207 — Cr2(S04)3    Cr(OH)3 .

Какие ионы дают хром (III) и хром (VI) в кислой и щелочной средах? Приведите примеры соединений.

Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций:

а)         Zn + K2Cr207 + H2S04 -» Cr2(S04)3 + ...

б)         CrCb + NaCIO + NaOH -* Na2Cr04 + NaCl + ...

b)Na2Cr207 + HCl(k)-^CrCb+

r) K2Cr207 + Na2S03 + H2SO4    Cr2(S04)3 + .... A)Cr2(S04)3 + Pb02 + KOH-^l^Pb02 + l^Cr04+ ...

е)         CrCb + H202 + NaOH    NazCrO* + ...

ж)        Crj(S04b + Br2 + KOH — К2СЮ4 + KBr + ...

С помощью уравнений электронного баланса расставьте коэффициенты.

Для мытья посуды в лаборатории часто используют хромовую смесь, состоящую из дихромата калия и серной кислоты. На каких свойствах основано ее применение?

Определите массу осадка, образующегося при сливании 20 г раствора хромата калия с массовой долей соли 15\% и избытка раствора хлорида бария.

Какой объем газа выделится при взаимодействии 5 г дихромата калия с концентрированной соляной кислотой?

Определите массу Cr2(S04)3 * 6Н20, необходимую для приготовления 1,5л раствора сульфата хрома с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/л.

При взаимодействии дихромата калия и раствора соляной кислоты с массовой долей 22\% (р = 1,1 г/см3) выделилось 33,6 л хлора (н.у.). Сколько мишгалитровраствораНС1 расходуетсяприэтом ?